Braincom: retrouver la parole grâce à des implants corticaux

Publié par Adrien le 27/08/2019 à 08:00
Source: Université de Genève
Le projet européen Braincom, auquel participe l'UNIGE, développe des implants corticaux qui permettront de décoder les signaux du langage, rendant la parole aux personnes aphasiques.


Prototype d'une sonde épicorticale multiplex à microcontact de type GFET (gated-field-effect transistors)- génération 2 (8x8 contacts). Cette sonde est opérée par un système électronique capable d'utiliser les électrodes d'une façon multiplexée en temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) et en fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...), c'est-à-dire d'utiliser un même support pour transmettre différentes informations. Ce type de sonde servira de base pour la 3ème et la 4ème génération à 16x16 puis 32x32 contacts, d'ici à la fin du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) BrainCom en 2021.
© UNIGE

Plus de cinq millions de personnes dans le monde (Le mot monde peut désigner :) sont diagnostiquées chaque année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié...) comme souffrant d'aphasie (L'aphasie, parfois appelé mutisme dans le langage populaire, est une pathologie du...), condition extrêmement invalidante dans laquelle les patients perdent la capacité de formuler le langage suite à une lésion aigüe ou dégénérative du cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite...) ou de la moelle épinière (La moelle épinière, ou moelle spinale, désigne la partie du système nerveux...). Les interfaces cerveau-ordinateur (BCI), rendues possibles par des technologies et des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) de pointe, offrent une approche prometteuse pour traiter ces patients. Cependant, la neuroréadaptation des fonctions cognitives supérieures, comme le langage, soulève d'importantes difficultés. Financé par la Commission européenne à hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.) de 8,35 M€, le projet Braincom, auquel participe l'Université de Genève (L'université de Genève (UNIGE) est l'université publique du canton de Genève en...) (UNIGE), développe la future génération de prothèses neurales de la parole (La parole, c'est du langage incarné. Autrement dit c'est l'acte d'un sujet. Si le langage renvoie...). Le projet BrainCom couvre la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) et l'ingénierie (L'ingénierie désigne l'ensemble des fonctions allant de la conception et des études à la...), les neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et...) fondamentales et du langage, la recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) préclinique sur les animaux puis finalement les études cliniques sur les humains.

Le principe des interfaces cerveau ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant...) (BCI) est de collecter l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) neurale à sa source et de la décoder au moyen d'électrodes implantées directement dans le cerveau. Cependant, la question du langage soulève toujours de graves problèmes. "Le défi actuel consiste à concevoir des implants neuronaux qui couvrent des zones suffisamment vastes du cerveau pour permettre un décodage fiable de l'activité neuronale répartie dans les diverses régions du cerveau qui sont essentielles au traitement du langage", explique Anne-Lise Giraud, professeure au Département des neurosciences fondamentales de la Faculté de médecine (La médecine (du latin medicus, « qui guérit ») est la science et la...) de l'UNIGE et responsable de l'UNIGE Auditory Language Group de BrainCom.

Des développements récents montrent qu'il est possible d'enregistrer des signaux corticaux provenant d'une petite région du cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou...) moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...), puis de les décoder pour permettre aux personnes tétraplégiques d'activer un bras robotique et d'effectuer des actions de la vie (La vie est le nom donné :) quotidienne. Des interfaces cerveau-ordinateur ont également été utilisées avec succès pour aider les patients tétraplégiques incapables de parler à communiquer leurs pensées en sélectionnant des lettres sur un écran (Un moniteur est un périphérique de sortie usuel d'un ordinateur. C'est l'écran où s'affichent...) d'ordinateur à l'aide d'enregistrements électroencéphalographiques (EEG). "La performance de ces technologies peut être considérablement augmentée en utilisant des informations neurales corticales plus détaillées", ajoute Pierre Mégevand, neurologue au Département des neurosciences fondamentales de la Faculté de médecine de l'UNIGE, également impliqué dans le projet BrainCom.

Revenir à la source du langage

Le projet BrainCom, dirigé par l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) catalan de nanoscience et nanotechnologie (Les nanosciences et nanotechnologies (NST) peuvent être définies a minima comme l'ensemble des...) (ICN2) en Espagne et qui comprend dix instituts membres, propose une technologie d'électrocorticographie radicalement nouvelle, qui tire parti des propriétés mécaniques et électriques uniques de nouveaux nanomatériaux comme le graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.), les matériaux 2D et les semi-conducteurs organiques. Les membres du consortium fabriqueront des implants corticaux et intracorticaux ultra-flexibles, qui seront placés à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...) du cerveau, permettant un enregistrement à haute densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) des sites de stimulation (Une stimulation est un événement physique ou chimique qui active une ou plusieurs...) sur une grande surface. Cette approche permettra la stimulation et le décodage parallèles de l'activité corticale avec une résolution spatiale et temporelle sans précédent. "Ces neuroprothèses auront ainsi la capacité de capter les signaux neuronaux pour les transformer en parole. Par contre, il faut aussi que la personne puisse garder le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de...) de ce qu'elle "dit" - en effet nous ne souhaitons pas verbaliser tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) ce qui nous passe par la tête ! Il faudra donc instaurer une clé cérébrale de contrôle", prévient la chercheuse genevoise.

Le rôle spécifique de l'UNIGE Auditory Language Group de BrainCom est de développer de nouvelles méthodes analytiques exploitant les enregistrements intracorticaux de neurones pour restaurer la fonction vocale chez ces patients. "Il s'agit de délimiter les réseaux cérébraux et les signaux qui peuvent coder de façon optimale la parole non articulée (interne) à l'aide d'enregistrements neuronaux intracorticaux et de surface obtenus chez des sujets avec et sans aphasie. Nous développons ensuite des interfaces cerveau-ordinateur qui exploitent la plasticité neurale des patients pour optimiser activement leurs circuits de production du langage et générer des signaux décodables de la parole", explique Anne-Lise Giraud.

Ces technologies aideront à faire progresser la compréhension de base des réseaux corticaux de la parole et à mettre au point (Graphie) des solutions de réadaptation (En ergothérapie, la réadaptation est le processus visant à réduire les...) pour restaurer la parole à l'aide de paradigmes cerveau-ordinateur. Les innovations technologiques développées dans le cadre du projet Braincom trouveront également des applications dans l'étude d'autres fonctions cognitives élevées du cerveau comme l'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus...) et la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir...), ainsi que d'autres applications cliniques comme la surveillance de l'épilepsie.
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